美国星球大战计划中的几个力学问题

"星球大战"计划是美国总统里根在1983年3月23日发表电视讲话时提出来的。是要建立反弹道导弹防御系统的一个庞大计划。在美国国防部内部称之为"战略防御创新"(StrategicDefence Initiative)或简称"SDI计划"。有些记者则称之为"星球大战计划"(Star Wars)。这个计划的思想内容并不是新东西,早在五十年代已经有人提出了称之为BAMBI(Ballistic Missile...     

稠密颗粒床中点火传火过程的两维两相流数值模拟

本文结合火炮工程背景,建立伴随化学反应的稠密颗粒群气固两相非定常两维轴对称流和点火器内的非定常一维两相流数学模型,并考虑点火器对主装药床的耦合作用。采用MacCormack两步差分格式,模拟点火传火过程中火焰传播及其物理量沿轴向和径向变化规律。部分计算结果与实验结果相吻合。发现点火开始阶段存在明显的径向效应,当火焰波传到固壁后,轴向流占主要优势。     

冲压加速器弹丸发射系统非反应流数值模

介绍一种新型发射技术──冲压加速器技术。根据冲压加速过程中复杂激波系的流场特点，构造了有限体积的ＴＶＤ格式，用于求解Ｎ－Ｓ方程。计算结果与试验结果相一致，给出详细的流场谱图。为冲压加速器的冷态试验提供有益的指导。     

考虑两相流内弹道的自行火炮发射动力学计算

为了更加准确地计算火炮弹丸的起始扰动,将两相流内弹道应用于发射动力学研究。建立了完整的自行火炮系统发射动力学方程组,包括火炮系统的体动力学方程组、弹丸在膛内运动的动力学方程以及两相流内弹道方程。编制了计算程序,实现了对某自行火炮发射过程的数值模拟,在准确计算内弹道过程的同时,获得了火炮的动力响应、弹丸膛内运动和起始扰动。部分模拟结果与实验实测结果吻合较好。计算表明,采用两相流内弹道模型将提高发射动力学计算精度。     

活塞发射机构的57mm一级气体炮

叙述了调试５７ｍｍ一级气体炮中所遇到的问题和解决方法，调试发射的结果为：发射管长７．９２ｍ，气室容积０．０１８ｍ＾３在９ＭＰａ空气介质时，可使２８０ｇ弹这到４６０ｍ／ｓ出口速度，注入１８ＭＰａ氢气时，可使２８０ｇ弹丸达到９００ｍ／ｓ出口速度。     

艾里涡旋光束在梯度折射率介质中的动态传输与涡旋轨迹

推导了艾里涡旋光束在傍轴ABCD光学系统中的传输解析式,研究了其在梯度折射率介质中的动态传输、坡印廷矢量和涡旋轨迹,及涡旋核对艾里主波瓣和坡印廷矢量的影响.结果表明:弹道轨迹和涡旋轨迹不再是传统的抛物线,而是呈三角函数分布;在z=(2j+1)L/4处,弹道轨迹和涡旋轨迹均会有奇异现象,且在z=(j+1)L/2附近有坡印廷矢量的反转现象.在临界传输距离处,艾里主波瓣会被涡旋核遮拦,随着传输距离的增大,艾里主波瓣由于自愈特性再次出现,并绕最近的涡旋核旋转.     

弹丸穿过梯形光幕过幕时刻提取算法研究

针对传统幕中触发时刻提取方法未考虑光幕幕厚分布不均匀而引入的测量误差,提出了一种弹丸以一定角度穿过光幕厚度呈倒梯形分布光幕的过幕时刻提取方法.通过分析光幕的空间分布,推导了相应的计算公式将弹尾到达光幕厚度中心面的时刻与弹丸穿过整个光幕时间的比值转换为中心面所在位置与弹丸在光幕中飞行距离的比值,利用迭代算法提取出弹尾到达光幕中心面的时刻,并计算出弹丸的外弹道飞行参数.实弹射击表明,算法在一定范围内可将六光幕阵列天幕立靶测量误差减小1mm.     

穿甲燃烧弹侵彻陶瓷复合装甲和玻璃复合装甲的FEM-SPH耦合计算模型

为了提高小口径穿甲燃烧弹侵彻陶瓷复合装甲和玻璃复合装甲（透明装甲）的仿真分析精度,本文将传统的FEM（finite element method）-SPH（smooth particle hydrodynamics）耦合计算模型中穿甲燃烧弹弹芯的有限元模型和JC（Johnson-Cook）材料模型分别替换为SPH模型和JH2（Johnson-Holmquist-ceramics）材料模型,提出了新型FEM-SPH耦合计算模型。研究表明,新型FEM-SPH耦合计算模型可以有效模拟弹芯碎裂现象,减少SPH粒子和有限元耦合计算量,进而显著提高仿真模型的计算精度和计算效率,并给出了新型FEM-SPH耦合计算模型的有限元/粒子尺度和建模尺寸的优选结果。     

钨球侵彻防弹衣加红松木复合靶的研究

为研究钨球对防弹衣加人体等效靶的侵彻性能,利用12.7 mm弹道枪对钨球侵彻三级软体防弹衣加25 mm厚红松靶开展了实验研究;在此基础上,利用LS-DYNA3D软件对侵彻过程及破坏机理进行了分析,并研究了钨球质量变化对弹道极限及靶板能量吸收的影响;依据量纲分析建立了钨球侵彻防弹衣加红松木复合靶的穿靶能量公式,推导了钨球的弹道极限公式。研究结果表明:0.17、0.21、0.44 g的小钨球侵彻防弹衣加红松木复合靶的弹道极限分别为742.3、692.9、570.1 m/s;侵彻过程中,防弹衣以基体开裂、纤维断裂和拉伸分层破坏为主,纤维层面内出现类似“十”字型的损伤,松木靶以剪切和冲塞剥落破坏为主;随着钨球质量的增加,弹道极限呈幂函数形式降低,靶板的能量吸收率逐渐降低;钨球穿靶能量公式及弹道极限公式的计算结果与实验结果吻合良好,可分别用于计算不同侵彻速度下的穿靶能量和不同质量钨球的弹道极限。     

高速斜入水和水平入水气炮水箱实验系统

为开展模型高速斜入水和水中高速航行的水流场实验研究,研制了立式和卧式气炮与水箱组合的实验系统。通过快速阀和活塞阀控制气炮激发和驱动状态,一级气炮采用高压空气直接驱动弹托和模型,二级气炮采用高压空气驱动重活塞压缩使集气腔中产生高压气体,再驱动弹托和模型达到预定速度。通过调节水箱和发射管角度,使高速模型斜入水或水平入水。其中,立式可变发射角二级气炮可发射质量1～1000 g的模型至2500 m/s最大速度,卧式一级气炮可发射质量1～100 kg的模型至300 m/s最大速度。和小气室、高燃气压力火药驱动方式相比,新型气炮采用大体积、中低驱动压力气室,高压气体更接近等熵膨胀做功,调节高压气体压力,能较好地满足模型质量和速度的宽范围要求。结合光反射通断法测速、高速摄影和阴影流场显示等测量技术,得到立式气炮压缩管重活塞运动速度、压缩管末端压力时间曲线和模型倾斜与水平入水的流场阴影图像。结果表明:重活塞速度在膜片破裂前和理论计算值符合较好,但破膜后差异较大。立式气炮流场阴影图像反映了模型斜入水产生的空中和水中激波以及在气水界面的反射激波、空泡形成和侧向气水界面的破碎与飞溅等现象。从卧式气炮的模型水平入水阴影图像提取气泡轮廓,清楚地看出尾部气泡气水界面的波动和失稳。和商业计算软件Fluent计算结果相比,空泡上游区域基本重合,但尾流区域强湍流导致两者存在明显差异。和水洞实验相比,气炮水箱实验系统近真实地再现高速入水过程伴随的冲击和动态空化等物理现象和模型尺度效应。